반전 연산 증폭기
신호를 키우고 뒤집기
Op amp는 operational amplifier, 연산 증폭기의 줄임말입니다. 전원을 받아 두 입력의 차이를 키웁니다. 음의 피드백은 출력을 빼는 입력으로 돌려보냅니다. 반전은 부호를 바꾸는 것, 이득은 출력/입력 전압 비입니다. 클리핑은 요구 출력이 전원 한계를 넘어서 잘리는 현상입니다. Av는 선형 전압 이득이며 단위 V/V는 클리핑 전 입력 1볼트당 출력 볼트 수입니다.
실험대
회로 설정을 바꾸고 측정값을 예상한 뒤 과제를 확인하세요. 학습용 모델이며 각 수업에서 가정을 설명합니다.
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작동 원리
이상적인 +5 V, −5 V 전원이며 출력은 두 전원 레일로 제한합니다. 대역폭, 속도, 전류 한계를 생략합니다. 실제 부품에는 다른 제한이 있습니다. 실제 회로 시험이 아닙니다.
요구 Vout = −Vin × Rf/Rin. Vin은 입력 전압, Rf는 피드백 저항, Rin은 입력 저항입니다. 선형 음의 피드백 영역에서는 빼는 입력이 약 0 V인 가상 접지입니다. 접지선은 아니며 클리핑하면 이 근사가 깨집니다. 입력 전류계는 Rin을 지나는 신호원 전류입니다. 이상적인 증폭기 입력 단자로 들어가는 전류는 0입니다. 클리핑하면 실제 Vout으로 Iin = (Vin − Vout)/(Rin + Rf)를 계산합니다.
난이도
만들기 · 관찰하기
입력 +1 V, 입력 저항 10 kΩ, 피드백 20 kΩ로 켜세요. 출력 −2 V를 읽으세요.
힌트가 필요한가요?
+1 V; Rin 10 kΩ; Rf 20 kΩ → −2 V
탐구하기 · 조절하기
입력 +0.5 V에서 클리핑 없이 출력 −1.9~−2.1 V를 얻으세요.
힌트가 필요한가요?
+0.5 V; Rin 10 kΩ; Rf 40 kΩ → −2 V
스스로 풀기 · 한계 찾기
입력 +1 V에서 요구 이득 절댓값이 6 이상인 저항을 고르세요. 출력이 −5 V로 잘리는 것을 보세요.
힌트가 필요한가요?
+1 V; Rin 5 kΩ; Rf 30 kΩ → 요구값 −6 V, 실제값 −5 V
추가 읽기와 회로 레시피
신호를 키우고 뒤집기
유용한 연결
두 저항을 모두 두 배로 하면 이득은 같지만 선형 영역에서 입력 전류는 절반입니다.
뜻밖의 사실
출력 에너지는 증폭기 전원에서 옵니다. 저항은 이득을 정하지 그 에너지를 공급하지 않습니다.
피하면 좋은 함정
가상 접지는 적절한 선형 피드백에서만 성립합니다. 클리핑한 증폭기는 빼는 입력을 0 V로 유지하지 못합니다.
Rf만 두 배, Rin은 그대로이고 클리핑이 없습니다. 이득 절댓값은…
- 절반이 된다
- 두 배가 된다
- 그대로다
더 읽기
절댓값은 Rf/Rin이므로 Rf만 두 배로 하면 두 배입니다.